ТЕХНОЛОГИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
П р о б л е м а. Часто при оценке уровня загрязненности внешней среды проводят химический анализ состава воздуха, воды и почвы. Наряду с этим, учитывается изменение биологических объектов на исследуемой территории. На основе каких химических или биологических данных можно наиболее точно характеризовать уровень загрязненности среды?
В каких случаях необходимо проведение комплексного анализа экологического состояния территории?
Понятие мониторинг происходит от латинского слова "монитор" и означает слежение за какими-то объектами или явлениями. Экологический мониторинг - это многоцелевая информационная система, основные задачи которой: наблюдение, оценка и прогноз состояния природной среды, в том числе и популяций человека, под влиянием антропогенного воздействия. Основная цель экологического мониторинга - предупреждение людей о создающихся критических ситуациях, вредных и опасных для их здоровья, а такж е для природных сообществ. По территориальному охвату мониторинг подразделяется на локальный, региональный и биосферный. ЛОКАЛЬНЫЙ МОНИТОРИНГ осуществляется в пределах ограниченного ареала, например, одного района или города. РЕГИОНАЛЬНЫЙ МОНИТОРИНГ пров одится в определенном крупном регионе - республике, крае, области. БИОСФЕРНЫЙ МОНИТОРИНГ - это наблюдение и прогнозирование экологической ситуации в биосфере в целом. Для проведения биосферного мониторинга используются биостанции в биосферных заповедника х.
Система экологического мониторинга включает в себя: наблюдение процессов, происходящих в окружающей среде, анализ и прогнозирование.
Наблюдение изменений в окружающей среде проводится по нескольким параметрам. Исследование ФИЗИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ предполагает изучение изменений температуры, давления, освещенности, уровня шума, электромагнитного излучения, механ ического засорения. Для этого используются физические приборы: термометры, барометры, люксометры и прочее. Исследование ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ окружающей среды осуществляется путем проведения химического анализа воздуха, воды, почвы на содержание тяжелы х металлов (свинец, кадмий, ртуть), а также углекислого газа, ядохимикатов и природных загрязнителей - нефти и нефтепродуктов.
Для оценки уровня физического и химического загрязнения окружающей среды можно использовать биоиндикаторы - растения и животных. Хорошими биоиндикаторами являются лишайники, хвойные деревья, амфибии. По изменению их окраски и разм еров можно судить о степени загрязненности среды. Во Франции для индикации загрязненности воды используют рыбу гнатонему, имеющую электрический орган, создающий постоянное электромагнитное поле. Установлено, что в чистой воде гнатонема излучает 400-800 и мпульсов в секунду, при загрязнении воды значительно меньше.
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ окружающей среды - это внесение в экосистемы нехарактерных для них видов живых организмов, ухудшающих условия существования и негативно влияющих на здоровье человека. Биологическое загрязнение происходит за счет миграции людей, растений и животных, а также за счет появления на определенной территории сильно измененных живых организмов (мутантов) в результате антропогенного загрязнения, например, нового штамма болезнетворных микроорганизмов. Особо опасно биологическое загрязнение среды возбудителями инфекционных и паразитарных болезней, например, клещами - переносчиками энцефалита и аскаридами.
Первым этапом экологического мониторинга являются наблюдения. Модель наблюдений имеет следующий вид:
Факторы Факторы
Эталонная <---> Наблюдаемая <---> Антропогенная
среда система среда
В результате длительных наблюдений ученые установили, что постоянное употребление в пищу сыра, вина, пива и копченостей приводит к повышению кровяного давления. В медицине даже появился новый термин "сырный эффект": им обозначают неожиданные гипертонические кризы, возникающие при употреблении вполне безобидных пищевых продуктов. В этом примере наблюдаемая система - человек (изменения кровяного давления), факторы среды - пища, точнее некоторые ее компоненты, антропогенная среда - место жительства человека, эталонная среда - нормальные показатели параметров.
Во многих странах в наблюдениях за состоянием окружающей среды принимают участие школьники. С одной стороны, это позволяет привлечь ребят к научным исследованиям, с другой, получить ученым более достоверную информацию об экологиче ском состоянии определенных территорий. В чем еще преимущества привлечения школьников к экологическим наблюдениям?
Задание.
Составьте методику наблюдений за состоянием питьевой воды в различных районах города, проведите наблюдения и оформите работу.
АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ
П р о б л е м а. После проведения наблюдений за состоянием окружающей среды возникает необходимость определения лимитирующих (ограничивающих) факторов -загрязнителей территории. Как это сделать?
Как определить последствия антропогенных воздействий на человека?
Экологические наблюдения являются лишь первым этапом в системе мониторинга. Полученные в результате наблюдений данные требуют тщательного анализа для определения основных загрязнителей среды и выяснения механизма их воздействия на организм человека.
Экологический анализ включает в себя: моделирование процессов в экосистеме и системный анализ исследуемой территории.
Моделирование - это создание копий природной системы. Условно можно выделить следующие виды моделирования: экспериментальное (опытное); графическое - описание, рисунок, план, фотографии; математическое - графики, уравнения, диагра ммы; техническое - создание технических конструкций, компьютерные модели.
Опытное моделирование применяется для изучения возможных последствий воздействия на человека различных факторов внешней среды - физических, химических, биологических. Опытное моделирование проводится на изолированных тканях, орган ах, лабораторных животных (последнее весьма
плохо. Что вы можете предложить вместо лабораторных животных?).
Алгоритм опытного моделирования имеет следующий вид:
Факторы Факторы
Эталонная <---> Наблюдаемая
<---> Эталонная
среда система среда
Изменяемый фактор
КОНТРОЛЬ ОПЫТ
Занимаясь проблемами охраны труда, украинские ученые решили проверить, что происходит при совместном воздействии на организм этилового спирта и пестицидов (ядохимикаты). Понятно, что проведение подобного опыта в природе невозможно , поэтому ученые провели модельный эксперимент на крысах. Одной группе крыс вводили в желудок 40% раствор этилового спирта, другой группе - половину смертельной дозы ядохимиката деспироля. Еще две группы получали сначала спирт, а затем, через сутки, десп ироль.
Оказалось, что этиловый спирт и деспироль в первых двух группах в два-три раза уменьшали активность обмена веществ у крыс. В тех группах, где этиловый спирт применялся совместно с деспиролем были видны признаки отравления, но отри цательное действие деспироля на обмен веществ было меньше, чем у крыс, которым этиловый спирт не давали. Напрашивается парадоксальный вывод: алкоголь - лучшее противоядие против ядохимикатов. Так ли это?
Математическое моделирование предполагает построение математических моделей процессов в экосистеме. Математическая модель может быть в виде графика, диаграммы или математического уравнения. Построение математической модели осущест вляется по следующему плану:
1. Этап формализации - переход от практической задачи, которую необходимо решить, к построению ее математической модели;
2. Этап анализа - когда решается математическая задача, сформулированная на первом этапе;
3. Этап интерпретации - полученное решение математической задачи переводится на язык исходной практической задачи.
В качестве примера построим математическую модель для описания распространения гриппозной инфекции в одном из районов города. Цифровые данные представлены в таблице.
Таблица.
| Год |
Чило жителей |
Число заболевшихб в хависимлсти от удаленности от теллоцентрали | ||
|
50 м |
100 м |
200 м |
||
|
1987 |
736 |
121 |
74 |
46 |
|
1988 |
652 |
113 |
70 |
41 |
|
1989 |
717 |
104 |
62 |
34 |
Формализация.
1987 г. Р - общее число заболевших,
Д - число заболевших
в радиусе 50 м,
(Д-47) - число заболевших в радиусе 100 м, (Д-75) - число
заболевших в радиусе 200 м,
Математическая модель для 1987 года:
Д+(Д-47)+(Д-75)=Р
Анализ модели:
Д+Д-47+Д-75=Р
3Д-122=Р
Интерпретация - общее число заболевших в районе будет равно разности между трехкратной
численностью заболевших в радиусе 50 м и числом 122.
Это уравнение с учетом ежегодных корректив может служить моделью для прогнозирования распространения заболевания гриппом в районе. На основании математических моделей разрабатываются программы для компьютерного моделирования.
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ - это построение системной модели изучаемого объекта, определение изменений, возникающих под влиянием лимитирующих (ограничивающих жизнедеятельность) факторов и оформление предложений по защите природной среды. Сист емный анализ проводится по следующим этапам:
1. составляется схема, на которой указываются все элементы изучаемой экосистемы;
2. указываются элементы, расположенные на границе с изучаемой экосистемой;
3. отмечаются факторы внешней среды, основные источники антропогенного загрязнения, ареал их распространения;
4. отмечается состояние живых организмов, уровень заболеваемости людей в различных районах изучаемой экосистемы;
5. оценивается влияние различных антропогенных загрязнителей на экологическое состояние в экосистеме;
6. оформляются предложения по снижению антропогенного загрязнения и улучшения санитарного состояния в экосистеме. При проведении анализа экологического состояния в экосистемах моделирование и системный анализ используются в компле ксе, что позволяет с большей точностью делать экспертные оценки.
1 - жилые дома
2 - автодороги
3 - торговый центр
4 - парк
5 - детская площадка
А - зона сильного антропогенного загрязнения
Б - зона среднего антропогенного загрязнения
В - зона слабого антропогенного загрязнения
4. Зона А - большое количество сухих деревьев, отсутствие лишайников на деревьях; повышенный уровень заболеваемости жителей простудными заболеваниями.
5. Основное загрязнение за счет дымовых выбросов завода и выхлопных газов автомобилей.
6. Составьте предложения по снижению антропогенного загрязнения.
Этапы системного анализа экологического состояния в микрорайоне города.
РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ
П р о б л е м а. В одном из районов города смертность людей, живущих вблизи химического комбината, была выше, чем в других районах. Химический комбинат имел все необходимые очистные сооружения, однако жители города считали его при чиной повышенной опасности для людей. Как установить, оказывает ли комбинат воздействие на продолжительность жизни людей?
Почему возникают экологические проблемы?
В начале нашего века американский ученый В.Райх разработал новый метод лечения больных - "оргонную терапию". В основе метода была гипотеза Райха о том, что все хронические недуги возникают вследствие одной общей причины: из-за нар ушения биологической пульсации органов и тканей тела. По его мнению, биологическая пульсация - периодическое сжатие и расширение - это основное свойство всего живого: от амебы до человека. При хроническом заболевании сбой пульсации, при котором сжатие пр еобладает над расширением, охватывает весь организм. Организм теряет энергию, в нем возникают застойные зоны, его ткани утрачивают наполненную упругость, становятся дряблыми; организм преждевременно стареет.
Райх считал, что для восстановления правильной пульсации, для оздоровления и омоложения организма, необходимо пополнить запасы энергии всего организма. Нужная для этого энергия является особой биологической энергией, она испускает ся Солнцем и пропитывает все на нашей планете. Райх назвал эту энергию ОРГОН. Смысл "оргонной терапии" как раз и состоит в том, чтобы регулярно подпитывать организм "оргоном". Для воплощения этой идеи он избрал простое устройство, названное им "оргонный аккумулятор", представляющий собою ящик из дерева, обитый изнутри тонким листовым железом. Райх считал, что примерно получасовое ежедневное пребывание внутри "аккумулятора" насыщает весь организм недостающим "оргоном".
С помощью своего аккумулятора В.Райх пробовал лечить различные хронические недуги, в частности, рак. В 1941 году им было отобрано 15 больных раком, официально признанных врачами безнадежными. Родственники больных дали письменное с огласие на экспериментальное лечение "оргоном". В результате лечения наблюдалось уменьшение опухолей и улучшение общего состояния крови. Опухоли груди уничтожались во всех случаях, все другие опухоли размягчались и уменьшались в размерах. Пять из 14 паци ентов в крайнем состоянии оставались живы через два года после завершения оргонного лечения и находились в сносном или хорошем состоянии. Как же объяснить эффект "оргонной терапии"?
Для объяснения этого эффекта можно использовать метод вепольного анализа, который применяется для решения проблем. Сущность его в следующем: в основе любого взаимодействия в природе находятся две системы и "поле" - явление между н ими. Проблемы возникают в тех случаях, когда между системами необходимо обеспечить или усилить неполное взаимодействие, разрушить отрицательное воздействие одной системы на другую. "Поле" взаимодействия - это физическое, химическое или биологическое явле ние. Общая формула вепольной модели выглядит так:
Система 1 -----> Явление ("поле") ------> Система 2
Положительное взаимодействие между системами обозначается сплошной стрелкой ----->, отрицательное воздействие одной системы на другую обозначается волнистой стрелкой, неполное - пунктирной - - ->. Вепольный анализ проводится по определенным правилам, основные из которых следующие:
Правило 1. Если известна неполная вепольная модель, то ее необходимо преобразовать до полной, дополнив недостающими элементами.
Дано: Система 1 ===> Система 1 ----> Явление ---> Система 2
Пример: Как определить состояние здоровья человека?
Нагревание
Человек ===> Человек ----> Термометр
Правило 2. Если известна полная вепольная модель, и необходимо разрушить отрицательное взаимодействие между системами или усилить неполное взаимодействие, то надо ввести второе явление.
Дано: Система 1 Явление 1 Система 2
Система 1 Явление 1 Система 2
Явление 2
Пример: Как защитить человека от воздействия высокого давления при погружении на глубину?
Давление Давление
Человек Глубина ===> /Человек + Скафандр/
<---> Глубина
Механическая защита
Правило 3. Если невозможно ввести второе явление для преобразования вепольной модели, то необходимо раздробить одну из систем на элементы или объединить с другой системой. В результате дробления или объединения система должна прио бретать новые функции.
Дано: Система 1 - - -> Явление - - -> Система 2
1. Система 1 ----> Явление ----> Система 2
элементы
2. /Система 1 + Система 3/ ---> Явление ---> Система 2
Пример: Как доставить лекарство в точно заданный орган?
Направление
? магнитом
Лекарство<- - ->Орган===>/Лекарство + металлич./ <---> Орган
порошок
Проведем анализ эффекта воздействия "аккумулятора" Райха. Имеется деревянно-металлическая камера, на которую падает солнечный свет и в которой находится человек. Даны три элемента вепольной модели; камера оказывает положительное в оздействие на больных.
Чтобы объяснить эффект воздействия "оргонной терапии", нужно объяснить сущность энергетического воздействия солнечного света через стенки "аккумулятора". Для введения явления, его необходимо выбрать из формулы явлений: ТХЭММАГОБС, где Т - тепловые явления (нагревание, охлаждение), Х - химические явления, Э - электрические явления, М - магнитные явления, М - механические явления, А - акустические (звуковые) явления, Г - гравитация, О -оптические, Б - биологические явления, С - соц иальные явления.
Для облегчения поиска явлений при решении проблем с помощью вепольного анализа можно использовать материалы таблицы.
Природные тела, вещества и явления.
|
ПРИРОДНЫЕ ТЕЛА И ВЕЩЕСТВА |
ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ |
|
НЕЖИВЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И МИНЕРАЛЫ: рудные, нерудные, горючие, магматические, метаморфические, осадочные. ПОЧВА: песок, глина, камни, перегной. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ: минеральные, пресные, соленые, кислые. ВОДОЕМЫ: реки, озера, пруды, моря, океаны, вода. ЛЕДНИКИ: ледяной покров, айсберги, лед. ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ: циклоны и антициклоны, воздух. МАТЕРИКИ, ПОЛУОСТРОВА, ОСТРОВА, АТОЛЛЫ: горы, равнины, низменности. ВУЛКАНЫ: бомбы, лава, пепел, газы. ГЕЙЗЕРЫ: пар, вода, соли. КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛА: планеты, звезды, созвездия, галактики, астероиды, кометы, метеориты, пыль. ЖИВЫЕ БАКТЕРИИ: сапрофиты, паразиты, почвенные, клубеньковые, молочные, болезнетворные. ГРИБЫ: съедобные, ядовитые, шляпочные, одноклеточные. ЛИШАЙНИКИ: кустистые, листовые, накипные. РАСТЕНИЯ: деревья, кустарники, травянистые, водоросли, мхи, папоротники, хвойные, цветковые. ЖИВОТНЫЕ: одноклеточные, кишечнополостные, черви, моллюски, раки, пауки, насекомые, рыбы, амфибии, рептилии, птицы, звери. ЭКОСИСТЕМЫ: луга, леса, болота, водоемы, природные комплексы, природные зоны (тундра, тайга, смешанный лес, субтропический лес, тропический лес, пустыня, полупустыня) АГРОСИСТЕМЫ: огороды, сады, парки, лесополосы, оросительные поля, водохранилища, санитарные леса, поселки, города, агломерации. ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА В ПРИРОДЕ. ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ: изучение природы, принятие законов об охране природы, создание заказников, заповедников, национальных парков, регулирование охоты, рыболовства, минимальное использование растений, животных и полезных ископаемых, вос становление природных тел и веществ, защита от загрязнений и разрушений. ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ: загрязнение, разрушение, вырубка лесов, осушение рек и болот, вытаптывание, застройка природных территорий, строительство линий электропередач, браконьерство, изменение природных территорий. |
ТЕПЛОВЫЕ: нагревание, охлаждение, оттаивание, кипение, испарение, конденсация. ХИМИЧЕСКИЕ: изменение цвета, запаха, вкуса, кислотные дожди, повышение солености, выпадение осадка, образование кристаллов, использование: лекарств, антибиотиков, ядов, ферментов, гормонов, жира, антител, соков, смол, антифризов , питательных веществ, выделений, пены, воска, растворителей, применение удобрений и ядохимикатов, радиоактивное излучение. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ: образование, передача, накопление, разрядов и тока. МАГНИТНЫЕ: магнитное поле Земли, притяжение, отталкивание с помощью магнита, намагничивание, размагничивание. МЕХАНИЧЕСКИЕ: движение тел и веществ, извержение, изменение размеров и формы тел, удары, трение, вращение, давление, колебания, упругость, притяжение Земли, сила тяжести, . АКУСТИЧЕСКИЕ: звуки, шум, музыка, песня, ультразвуки, инфразвуки. ОПТИЧЕСКИЕ: освещение, затемнение, отражение света, свечение, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, рентгеновское излучение. БИОЛОГИЧЕСКИЕ: питание, дыхание, транспорт веществ, выделение, размножение, рост, образование новых органов, ориентация, фотосинтез, листопад, миграции. |
"аккумулятор" - - -> ? - - -> человек
В соответствии с правилом 1, вводим наиболее вероятные явления: тепловое - в камере температура выше, чем в окружающей среде; химическое - возможно воздействие запахов древесины; магнитное - концентрация магнитного поля Земли за с чет создания замкнутого металлического пространства. По всей видимости, эти три явления, взаимодействуя между собой, оказывают комплексное воздействие на людей, находящихся в "аккумуляторе":
"аккумулятор" ----> ТХМ ----> человек
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ. После проведения экологических наблюдений и решения выявленных проблем, возникает необходимость в составлении прогноза развития ситуации в экосистеме. Составление прогноза проводится по следующей методике:
1. Составляется модель экосистемы:
Наблюдаемый элемент <---- факторы <---- природная среда
2. Определяется лимитирующий фактор (ограничивающий жизнедеятельность) в результате изменений в природной среде.
3. Проводится поиск возможных изменений у наблюдаемого элемента и в природной среде под воздействием лимитирующего фактора.
В качестве примера рассмотрим следующую ситуацию: в одном районе города для строительства дороги было принято решение частично вырубить небольшой участок парка. К каким изменениям в экологической ситуации это может привести? Соста вьте прогноз по методике:
1. Модель экосистемы.
Население <---- Факторы <---- природная среда
2. Лимитирующий фактор в результате строительства дороги - возрастание концентрации выхлопных газов в воздухе.
3. Поиск решений.
Население <------ химическое -------> природная среда
(выхлопные газы)
Под воздействием выхлопных газов на население возможно: 1) увеличение легочных и раковых заболеваний, 2) ослабление иммунитета и увеличение простудных заболеваний, 3) появление отклонений в потомстве, 4) осложнения при протекании хронических заболеваний, 5) преждевременное старение.
Под воздействием выхлопных газов на природную среду возможно: 1) засыхание деревьев и кустарников, 2) отравление почвы, 3) насыщение воздуха окислами свинца, ртути, кадмия, 4) образование новых ядовитых веществ за счет реагировани я "старых" и "новых" загрязнителей, 5) нагрев воздуха и образование смога, 6) усиление коррозионных процессов.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
П р о б л е м а. Как можно достаточно быстро оценить состояние здоровья человека?
Правила измерений
При проведении экологических наблюдений очень остро встает проблема точности измерений. Для ее решения можно воспользоваться определенными правилами.
ПРАВИЛО 1. При проведении измерений целесообразно заменить непосредственные операции над системой операциями над ее копией или фотоснимком.
Акупунктура - древний метод лечения путем воздействия игл на определенные точки тела. До сих пор механизм этой терапии остается неизвестным. Французские специалисты вводили небольшое количество радиоактивного металла в акупунктурн ые точки и затем делали фотографии его передвижения по телу. Оказалось, что металл движется по линиям, известным традиционной акупунктуре. При стимулировании акупунктурных точек движение ускорялось.
ПРАВИЛО 2. При проведении измерений необходимо последовательно обнаруживать изменения в системе.
Группа ученых из Израиля разработала исключительно эффективный метод диагностики заболеваний. Метод основан на изменениях в строении лимфоцитов, встречающих раковые антигены. Эти изменения постепенно становятся заметными, и рак мо жно диагностировать по пробе крови.
ПРАВИЛО 3. При проведении измерений целесообразно так изменить систему, чтобы вообще отпала необходимость в измерении.
При систематическом измерении уровня загрязняющих веществ в природной среде желательно добиться полного прекращения их поступления. Допустим, завод загрязняет окружающую среду. В соответствии с правилом 3, необходимо сделать так, чтобы завод не загрязнял среду, но при этом важно помнить, что это не означает его остановки. В идеале -должна выпускаться продукция и природная среда не должна загрязняться.
ПРАВИЛО 4. Для проведения измерений необходимо совместить систему с эталоном путем сравнения основных параметров.
Как определить в городе районы, наиболее непригодные для проживания людей? Измерение уровня загрязненности в городских районах можно провести в два этапа. На первом необходимо определить условно экологически чистые зоны проживания . Это скорее всего будет дом в сельской местности, удаленный от источников антропогенного загрязнения. Посредством анкетирования жителей этого дома выяснить наименование и частоту болезней в этой зоне. Таким образом, на первом этапе создается модель усло вно чистого экологического эталона. На втором этапе проводится анкетирование жителей различных микрорайонов города для выяснения наименования и частоты болезней. И наконец, на третьем этапе совмещаются показатели заболеваний в микрорайонах с показателями эталона и делаются соответствующие выводы.
Правила измерений можно использовать и для обнаружения изменений в экосистемах.
Задание.
Используя правила измерений, составьте программу и проведите исследования уровня заболеваемости учащихся в различных районах вашего города.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
П р о б л е м а. В книге "Мученики науки", вышедшей в 1909 году, известный русский биолог И.И.Мечников высказал следующую идею: "Ввиду невозможности разрешить проблему некоторых болезней при помощи животных..., можно было бы обрат иться к преступникам, осужденным на смертную казнь, и, с их согласия, проводить над ними опыты для блага человечества". Сделайте многоаспектный анализ этой проблемы (юридический, этический, медицинский). Какие еще решения вы можете предложить?
Как проверить устойчивость человека к сильным внешним воздействиям?
Большую часть сведений об устойчивости человека дал анализ случаев выживания после очень сильных воздействий. Но с развитием техники стали появляться вопросы, для ответа на которые нет прецедентов. Какие ускорения при старте ракет ы может выдержать космонавт, какая концентрация углекислого газа в атмосфере батискафа переносима без тяжелых последствий? Чтобы узнать это, приходилось выполнять специальные исследования, но они всегда были более или менее ограничены. Обычно дело заканч ивается так: при больших затратах на обеспечение безопасности - риск сохраняется (хоть и на приемлемом уровне) и надежность результатов невелика.
Бывает, что вред, наносимый экспериментом, не очевиден. Уже десятки лет физиологи подвергают испытуемых действию умеренной гипоксии (недостатку кислорода), соответствующей высоте 2-5 км, да и любители альпинизма поднимаются в горы на такие высоты, продолжая эксперимент. И лишь недавно выяснилось, что это воздействие отнюдь не безобидно. В течение длительного времени после эксперимента у людей проявляется интеллектуальный дефект, лишь постепенно сходящий на нет.
Соблазн поставить эксперимент на человеке всегда был велик, и поддавались ему, как правило, не лучшие исследователи.
Самый яркий пример в прошлом - опыты на заключенных немецких концентрационных лагерей во время второй мировой войны. В свое время врачебное сообщество условилось игнорировать данные этих экспериментов, поскольку они получены с нар ушениями медицинской этики.
Одно из направлений, которое исследовали нацистские "медики",- способность человека переносить сильное охлаждение.
Опыты, проанализированные после войны, оказались столь небрежными и несистематичными, что научной ценности не имели.
На фоне такого рода исследований интерес к каждой работе по резистентности (сопротивляемости), выполненной без вреда для человека, очень высок. Именно так получил данные по безопасности движения Леонард Эванс, сотрудник исследоват ельского центра "Дженерал Моторс".
На основе колоссального банка данных о дорожных авариях в США Эванс оценил влияние разных факторов на вероятность выживания человека в катастрофах. Он учитывал скорость и массу автомобиля, направление удара, место пассажира в сало не и многое другое.
Подтвердились прежние представления о том, что в большей безопасности те, кто ездит медленнее,
пристегнувшись ремнями, в новых тяжелых автомобилях. Меньше всего риск при ударах вдоль оси
машины. При ударах в лоб действительно наиб олее уязвимы водитель и передний
пассажир, а на заднем сидении, особенно в центре, можно чувствовать себя безмятежнее.
Эвансу
удалось получить два интересных результата. Во-первых, по устойчивости к травме в разном возрасте.
Относительная резистентность мужчин и женщин.
Во-вторых, по относительной резистентности мужчин и женщин. Неспециалисту результат может показаться неинтересным: эка невидаль - молодые мужчины самые крепкие! В действительности это далеко не очевидный результат, поскольку резистентн ость к некоторым факторам, например, к радиации, с возрастом увеличивается.
Утверждение, что человек с годами становится крепче, верно только до двадцатилетнего возраста. Далее мужчины (вверху слева), и женщины (вверху справа) больше рискуют погибнуть, попав в аварию. Но рискуют неодинаково: на нижнем рис унке - женский риск по сравнению с мужским.
Еще один пример эффективного использования эпидемиологических данных вместо лобовых экспериментов - работа Д.А.Морриса с коллегами из университета Вандербильта (США ). Здесь исследовали травмированных людей с разными хроническими заболеваниями. Поскольку вероятность выжить прежде всего зависит от тяжести травмы, то ввели специальный индекс, учитывающий все повреждения. Величина индекса тесно коррелировала со смертно стью, поэтому он стал тем инструментом, с помощью которого можно вычленить вклад собственно травмы и вторичных факторов - заболеваний.
Заболевания, как и можно было ожидать, снижают устойчивость к травме. Самыми опасными оказались цирроз печени, врожденные нарушения свертываемости крови, ишемическая болезнь легких и диабет.
По-разному влияют болезни на выживаемость в разном возрасте. Шансы умереть от травмы у болеющих и здоровых людей близки при большом индексе тяжести, но при относительно легких повреждениях они вдвое больше у больных. Особенно в то м возрасте, который по приведенным выше данным Л.Эванса соответствует максимальной резистентности.
При тяжелой травме хронические болезни не могут существенно повлиять на исход, при легкой они влияют заметно. Конечный результат зависит одновременно и от тяжести травмы, и от резистентности организма. Поэтому вероятность выжить б ольше у людей в возрасте высокой резистентности и минимальна в детстве и старости, когда устойчивость организма ниже.
КАК ДЕЛАЮТСЯ ОТКРЫТИЯ
Путь к открытию
1. Почти два столетия назад С.Ганеман сформулировал основной принцип гомеопатии: "подобное лечится подобным", суть которого заключается в том, что если вещество в ядовитой дозе вызывает у человека заболевание, то для больного, име ющего те же симптомы течения болезни, это вещество в малой дозе может служить лекарством. Например, отравление хинином похоже по симптомам на малярию, поэтому для лечения малярии применяется хинин в малых дозах. Ганеман начал уменьшать дозы назначенных л екарств. К великому изумлению Ганемана и его современников, лечебный эффект с уменьшением концентрации не уменьшался, и даже как раз напротив, увеличивался.
2. Медиков всегда занимал вопрос, какие механизмы определяют зависимость лечебного эффекта от дозы назначаемого лекарства. Не так давно французский ученый Ж.Бенвенист, исследуя реакцию тучных клеток на некоторые биологически актив ные вещества, обнаружил, что при уменьшении дозы препарата выброс гистамина из тучных клеток вначале затухает и даже вовсе прекращается, а затем, при дальнейшем уменьшении дозы, возобновляется, как ни в чем не бывало.
3. Известно, что наш организм покрыт сетью особых, связанных между собой и с внутренними органами энергетических клапанов, воздействуя на которые, лечат организм от различных заболеваний. Таинственные точки на теле человека и живо тных много лет пытаются изучать современными методами, но лишь одному европейскому ученому удалось существенно развить древнее учение. Это Р.Фолль. Вместе со своим коллегой В.Фальком они создали прибор, с помощью которого можно измерить реакцию пациента на лекарство, зажатое им в кулаке и притом не распакованное.
Электропунктурные исследования показали: в течение трех секунд после того, как медикамент окажется в руке пациента, измеряемый в определенной точке тела показатель меняется на 20-100% от исходного значения. Иными словами, лекарств о начинает действовать задолго до того, как оно принято.
Размышления.
Побочным эффектом медикаментозного лечения является отрицательное воздействие лекарств на другие органы. В инструкциях по применению лекарств даже есть отдельная строка - противопоказания к применению. Эта проблема обостряется еще и тем, что для лечения многих заболеваний человека назначают не один, а несколько препаратов. Таким образом, эффект
отрицательного воздействия намного увеличивается.
Факты, полученные в результате практических исследований, позволяют предположить "крамольную" идею -лекарства могут оказывать воздействие при соприкосновении с телом больного, но без их употребления вовнутрь. Как это можно провери ть?
Идеализация - метод открытий?
На сегодняшний день не существует каких-либо методов научных открытий. Есть методы научных исследований, но методов научных открытий нет.
Сущность идеализации заключается в том, что при определенных условиях функции какой-либо системы выполняются, хотя самой системы нет. Всем известен эпизод из сказки "Алиса в зазеркалье", когда после встречи Алисы с чеширским котом кот исчез, но его улыбка осталась. Это типичный пример идеализации - системы нет (кота), но его функция осталась (улыбка).
А что если использовать идеальную лекарственную терапию: лечить больных посредством прикладывания лекарственных препаратов к больному органу? Может быть, это позволит снять отрицательный побочный эффект?
Идеальное лекарство - это лекарство в стеклянной ампуле. Проверку лечебных свойств лекарства в ампуле осуществил российский ученый Н.А.Лупичев. Он провел серию простых, но убедительных опытов, которые однозначно показали, что ампу льная лекарственная терапия - дело реальное.
|
|
|
|
1. Воздействие активного вещества на бактерию через стекло. Бактерии реагируют на вещество в ампуле так же, как на вещество вне ампулы.
2. Реакция бактерий на вещество через проводник тоже не отличается от реакции на вещество "собственной персоной".
3. Дистанционное взаимодействие бактерий. Беспроводная связь - подобная радиоприему
- осуществляется и здесь.
Какие еще опыты можно провести для проверки воздействия закрытых препаратов?
Схема опытов по исследованию воздействия закрытых препаратов на бактерии.
Классификация открытий
Все открытия можно условно разделить на две группы: первая - открытия нового явления, месторождения, новых видов растений и животных; вторая - открытие новых закономерностей и законов. Открытие дистанционного воздействия лекарстве нных препаратов - это открытие первой группы. Открытия второй группы намного сложнее и требуют длительной и напряженной работы.
АТЛАС ПРИРОДНОЙ РАДИАЦИИ В ЕВРОПЕ
По решению специальной комиссии ЕС создается. Атлас природной радиации на территории стран Западной Европы, расчитанный на широкую аудиторию.Карты в соответствии с административным давлением содержат информацию об уровне y-фона (вн е и внутри помещений), интенсивности космического излучения, концентрации радона (внутри помещений). Комментарии к картам даются на языках стран ЕС.
В зависимости от технической оснащенности национальных радиологической безопасности, предоставлявших информацию, ими использовались различные методы измерений плотности потоков частиц, концентрации радона и мощности поглощаемых доз . Например, в одних странах потоки космических лучей измерялись ионизационными камерами и счетчиками Гейгера, в других (ФРГ, Франция, Нидерланды, Норвегия) их величины рассчитывались с учетом широты и долготы местности, а для ряда стран (Греция, Португал ия, Испания, Швейцария) таких данных нет вовсе.
Достаточно полно охарактеризованы у-поля, интенсивность космического излучения и концентрация радона в помещениях, а также соответствующие вклады этих компонентов в мощность поглощаемых доз на территории Австри, Бельгии, Дании, ФРГ , Франции, Нидерландов; для других стран информации меньше (в Португалии, Испании, Греции была обследована лишь часть площадей).
Анализ опубликованных карт с данными по мощности поглощаемых доз у- радиации показывает, что малыми дозами (<60 нГр/ч) характеризуются территории Англии, Ирландии, Дании; в Скандинавских странах, Германии, Австри, Франции, Итали и, Португалии, Испании на отдельных участках мощность доз выше 75 нГр/ч.
Цель атласа - не только ознакомить население с радиационным фоном в различных регионах, но и помощь в защите от ионизирующего излучения, в частности от радона внутри помещений.
МОРСКИЕ ЛАБОРАТОРИИ
В настоящее время трудно представить себе работу какого-либо биологического или медицинского учреждения без вивария и животных, которые там содержатся. К примеру, на крысах и мышах, хомячках и кроликах испытывается действие лекарс твенных препаратов, которыми потом лечат человеческие недуги.
Но ученым-биологам и другим специалистам морские организмы необходимы для экспериментальной работы не менее наземных и так же, как последние, они всегда должны быть под рукой у исследователя. Пока же морские организмы приходи тся добывать на далеких от научных центров морских биологических станциях. Но там можно провести лишь простейшие опыты, поскольку в большинстве случаев оборудование и научное оснащение таких биостанций несовершенны. К тому же, работать ученым приходится в нелегких экспедиционных условиях, в полной зависимости от сезонности и капризов погоды. Далеко не всегда черпается разумное количество морских организмов, поэтому скудеют запасы, а научные результаты добываются ценой уничтожения большого числа порой ре дких и ценных животных.
Как же избежать траты средств и сил, сохранить природные богатства прибрежных морских зон и одновременно сделать морские организмы доступными для исследований? Одним из способов решения данной проблемы является создание хорошо осн ащенных и оборудованных морских биологических лабораторий при тех научных центрах, где подобные исследования ведутся.
Лаборатория биотехники при Московском зоопарке возникла одной из первых и существует уже не один год. Здесь сумели, порой кустарным способом, сконструировать высокоэффективные замкнутые системы - аквариумы, работающие на искусстве нной морской воде, а также мощные культиваторы, в которых выращивается живой корм для обитателей аквариума. По сути, в большом аквариуме, объемом 2000 литров, создано искусственное море, где содержатся разнообразные морские организмы, многие из которых р азмножаются и существуют уже на протяжении нескольких поколений.
Разработанные здесь уникальные морские искусственные системы жизнеобеспечения, а также методики содержания обитателей морей послужили примером для создания подобных лабораторий в других местах.
В настоящее время успешно работает морская биологическая лаборатория в Московском университете - на кафедре физиологии растений биологического факультета. Здесь в замкнутых системах отрабатываются методы содержания и культивирован ия большого числа морских растений, которые используются в исследованиях по изучению влияния загрязнений на морские экосистемы. К тому же в последние годы внимание ученых к морским организмам усилилось и как к источникам биологически активных веществ - н езаменимому сырью для пищевой промышленности и медицины.
Создана морская лаборатория и в Институте биологии развития им. Н.К.Кольцова. Здесь изготовлены 5 аквариумов с внутренними фильтрами и 4 аквариума с выносной системой регенерации воды. В этих замкнутых системах предусмотрена очист ка воды как от механических примесей, так и от токсических веществ, образующихся в процессе жизнедеятельности животных и накапливающихся в воде. Искусственная морская вода для аквариумов готовится из 25 компонентов. В зависимости от того, какие организмы нужно содержать, состав воды меняется. Температура в аквариумах поддерживается на необходимом уровне с помощью нагревательных или, наоборот, холодильных установок. Корм для одних обитателей аквариумов приготавливается в специальных культиваторах - это ф ито- и зоопланктон; других же приходится кормить свежемороженными продуктами: кальмаром, рыбой, морской капустой и др.
Одной из главных задач морской лаборатории является приближение условий жизни животных в искусственных морях (аквариумах) к природным. Это позволит добиться того, чтобы животные размножались, например, вопреки природной сезонности . В этом случае эксперименты можно будет проводить в любое время года.
Надо отметить, что хотя далеко не все животные используются сейчас в экспериментальной работе, тем не менее ведутся поиски условий их содержания и размножения, так как в будущем могут стать жизненно необходимыми те организмы, кото рые сегодня не привлекают внимания исследователей. Таким образом, обитатели морских лабораторий, кроме того, что они стали действительно лабораторными животными и служат науке наравне с наземными, приносят пользу и другому важному делу - просветительско му.
Интерес к жизни моря огромен, подводный мир привлекает к себе внимание большого количества людей, каждому хочется заглянуть в морские глубины. Но ни телевидение, ни кино, ни лучшие музейные экспонаты не могут соперничать с непосре дственным восприятием подводного царства. А видеть его можно очень просто - через стекло морского аквариума. Таким образом, морская биологическая лаборатория, имеющая выставочную экспозицию, может легко удовлетворить интересы самых требовательных наблюда телей, стать живой книгой подводного мира.
Вопросы.
Какие трудности возникают при создании морских лабораторий? Как можно преодолеть эти трудности?
НАУЧНЫЕ КОЛЛЕКЦИИ
Всякая научная коллекция - высокоорганизованная система, хранящаяся долго и доступная для многократного исследования. Ее развитие - это ответ на запрос практической науки. Каждый экземпляр коллекции - факт, основной источник аргум ентации, прообраз отдельной буквы в книге знаний. Долговременное существование и открытость таких коллекций -это залог того, что они будут служить любому ученому, желающему обратиться к первоисточнику того или иного толкования "книги Природы".
Итак, биологическая коллекция - один из источников первичной информации о разнообразии живого. В этом ее основное значение, поскольку все сведения , содержащиеся в публикациях или компьютерных базах данных, даже если они имеют чис то описательный характер, есть вторичная, преобразованная информация.
Между первичной и вторичной информацией нет и не может быть взаимно однозначного соответствия. Первичная информация существует объективно и определяется разнообразием коллекционных предметов. В отличие от этого, вторичная информац ия определяется нашими суждениями о названных предметах и поэтому со временем может обесцениваться. В каких направлениях можно использовать научные коллекции в биологии? Таких направлений по меньшей мере два. Во-первых, постоянно хранимые коллекционные п редметы служат для извлечения новой информации. Первичная информация, заложенная в музейные коллекции, практически неисчерпаема. Развитие новых идей и методов, постановка новых и расширение старых задач заставляют постоянно обращаться к "старым материала м".
Во-вторых, долговременно хранимые коллекционные материалы обеспечивают воспроизводимость результатов исследований, что составляет непременное условие нормального развития науки. Если исходная фактология не сохраняется, корректная проверка результатов исследований, подчас необходимая на новом витке развития биологии, невозможна. Наиболее очевидный случай, когда такая проверка нужна,-упомянутое переопределение систематической принадлежности экземпляров.
Чтобы выполнять свои функции, научные коллекции должны отвечать определенным критериям. Самый обший из них- научная значимость, которую можно понимать, как вклад коллекции в рост научного знания. Важнейшими показателями значимости представляются следующие.
ИНФОРМАТИВНОСТЬ - соответствие разнообразия материалов коллекции разнообразию биоты. Это достигается увеличением объема коллекций, разнообразия форм сохраняемого материала, объема достоверных сведений об экземплярах.
РАЗРЕШАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТИ- количество вторичной информации, которую можно получить , используя коллекции на данном этапе развития науки. Ключевое значение здесь имеет инструментарий, ограничивающий наши возможности преобразования пе рвичной информации во вторичную.
ИСПОЛЬЗУЕМОСТЬ- объем вторичной информации, реально извлекаемый из коллекции при ее вовлечении в научные разработки. Широкие контакты между разными научными коллекциями позволяют расширить круг реальных пользователей. "Скупой рыца рь" не может участвовать в коллекционном движении. Каждому коллекционеру полезно помнить одну из христианских заповедей: дающий - приобретает, берущий -теряет.
Коллекционное дело развивается, происходит оптимизация коллекций, делающая их более соответствующими потребностям биологической науки на каждом этапе ее развития. Согласно общему принципу оптимальности, всякая достаточно сложная с истема в каждый момент может быть улучшена только по какому-то одному из многих своих компонентов. Остальные при этом вынужденно "подстраиваются" под изменения ключевого для данной конкретной ситуации компонента (что следует из свойств системности). В ко ллекционном деле выделяют четыре направления, по которым может идти oптимизация: пополнение, подготовка к хранению, собственно хранение (и учет), использование. Так как "оценить" коллекцию можно, только используя ее в исследовательской работе, именно исп ользование служит той ключевой составляющей, по которой совершенствуется коллекционное движение.
Так, можно полагать, что в связи со всеобщей "экологизацией" человеческой деятельности, в том числе науки, в ближайшее время приоритетным будет то направление коллекционного дела, которое позволит ему наиболее естественным образом вписаться в экoлогические (в частности, природоохранные) разработки. Наибольшие перспективы здесь усматриваются в подключении научных коллекций к программам биологического мониторинга - слежения за динамикой таксономического состава биоты, накоплением некоторых загрязняющих факторов в природных экосистемах, мутационного груза в популяциях.
С другой стороны, уже сейчас очевидно, что в отношении каких-то элементов биоты важнее сохранить их в прирoде, нежели в коллекциях. Коллекционное дело должно обращаться к более щадящим методам (темпы сбора коллекции не должны раст и так интенсивно). Необходимо совершенствовать формы учета коллекций.
Проблемы.
1. До 30-х годов текущего столетия происходило развитие естественно-исторических музеев, которые служили центрами научной, коллекционной и учебно- просветительной деятельности. Затем наступил возврат к традициям средневековья: ист очником знания стали считать книгу, а не факты. Разрушилась функциональная целостность естественно-исторических музеев: им оставили только просветительство, науку отдалинаучно- исследовательским институтам. В результате для коллекционногодвижения сложили сь неблагоприятиные условия. Для музеев накопление научных коллекций стало побочным занятием: в центре внимания только экспозиция, все прочее- "запасники". А в научно-исследовательских институтах материалы собирались лишь по ходу выполнения конкретных на учных задач, по завершении которых коллекции просто ликвидировались.
Из этого ясно, что ключевое условие развития научных коллекций- восстановление функциональной целостности естественно- исторических музеев как организующих центров коллекционного движения, единых "в трех лицах"-хранительской, науч ной и просветительской работе.
2. Коллекционное движение - одна из составных частей профессиональной науки. Эту науку делают отдельные личности, однако их работа принадлежит всем. Научные коллекции тоже собираются, хранятся и исследуются отдельными специалистами, но вместе с тем они, несомненно,- общенаучное достояние. Только в таком качестве коллекции значимы как собрание научных фактов.
Подобное отношение к научным коллекциям - идеал, который исповедуют далеко не все. Нередко специалист рассматривает собранный им научный материал как свою собственность. Причин здесь множество, среди них и достаточно серьезные. Та к, существует реальное противоречие, затрагивающее свободу научного творчества,- противоречие между наукой как системой, в известной мере подавляющей индивидуальность, и ученым, кк индивидом, не слишком охотно "вписывающимся" в систему рутинных отношений . Специалист стремится сохранить за собой авторское право на собранные им материалы, обеспечить свой приоритет в их исследовании. Преодолеть это может традиционная система этических норм и неофициальных правил, позволяющая учесть интересы обеих сторон- с итемы и индивида, предоставляя специалистам льготы. Например, по требованию сборщика передаваемые им в коллекцию матералы могут быть временно закрыты для прочих пользователей. С другой тороны, специалист, участвующий непосредственно в поддержании коллекц ионного фонда, получает преимущества при работе с ним. В итоге выигрывают и коллекционное движение в целом, и каждый из его участников.
Вопросы.
Какие экологические коллекции необходимы для научной и просветительской работы? Где и как их можно организовать?
